Assemblaggio e collaudo a fine linea dei supercomputer

Più funzioni ha un'automobile, più potenti devono essere le sue centraline. La domanda di mercato dei cosiddetti supercomputer, che supportano anche la guida autonoma oltre alle telecomunicazioni e al comfort di guida, sta crescendo e con essa cresce la richiesta di soluzioni di automazione per i loro componenti. Lo specialista dell'automazione Schnaithmann Maschinenbau GmbH ha quindi programmato sette robot KUKA per contribuire alla produzione di supercomputer.

Robot programmati in modo intelligente assemblano i supercomputer

Il braccio robotico KR AGILUS afferra in modo preciso il componente di plastica che serve immediatamente per il cosiddetto High Performance Computer (HPC). Lo colloca nello scomparto corretto del buffer di stoccaggio, dove un altro robot lo preleva e lo invia al controllo dei componenti. Un totale di sette robot KR AGILUS fianco a fianco seguono un processo programmato in modo intelligente, lavorando in modo rapido e preciso. Non vacillano mai, non fanno mai cadere nulla e assemblano e controllano i supercomputer con la massima precisione. Fanno la loro parte per garantire che solo i componenti della migliore qualità siano installati nei supercomputer dei veicoli.

Attualmente gli HPC consentono, tra le altre cose, di scaricare applicazioni e aggiornamenti di sicurezza e a lungo termine, dovrebbero anche supportare la guida autonoma. I computer ad alte prestazioni sono, per così dire, il cervello del veicolo e devono elaborare enormi quantità di dati, pur essendo abbastanza leggeri e compatti da poter essere inseriti nei veicoli più piccoli. Per produrre queste centraline ad alte prestazioni in modo economico sono necessarie soluzioni di automazione efficienti e flessibili.

Il KR AGILUS garantisce l'efficienza con zero errori dell'assemblaggio automatizzato.

Per l'assemblaggio automatizzato e il collaudo a fine linea (EOL) dei componenti, un fornitore del settore automotive ha incaricato gli specialisti dell'automazione Schnaithmann Maschinenbau GmbH e KUKA. L'azienda di automazione di medie dimensioni di Remshalden, in Svevia, è infatti specializzata in soluzioni di sistema nei settori degli impianti e delle macchine speciali per l'automazione dell'assemblaggio ed è in grado di programmare diversi robot in modo che lavorino insieme con efficienza e sicurezza.

"Abbiamo ritenuto particolarmente interessante l'automazione modulare, perché non richiede periferiche rigide ed è estremamente flessibile. Se la progettazione o la costruzione di un componente cambia, la cella corrispondente viene sostituita e il robot ad essa assegnato viene riprogrammato in modo che l'assemblaggio possa continuare", spiega Chris Klöpfer, Technical Sales SL alla Schnaithmann.

Massima garanzia di qualità grazie ai collaudi a fine linea

Schnaithmann ha già realizzato numerosi progetti per i suoi clienti con i robot KUKA. Il fornitore per l'automotive lavora da tempo con le soluzioni KUKA in diverse sedi e apprezza il produttore di robot come partner affidabile e innovativo nell'automazione dell'assemblaggio. Anche per questo progetto impegnativo la scelta è caduta sui robot KUKA. La struttura snella del KR AGILUS, le sue opzioni applicative versatili e il rivestimento speciale ESD+, in combinazione con il controllo robot compatto KR C5, sono stati, tra gli altri, gli argomenti decisivi. Quindi alla fine del 2021 è stato dato il via libera a questa automazione innovativa nella produzione di supercomputer.

"Il cliente desiderava una soluzione che offrisse la massima flessibilità e che potesse essere adattata in modo rapido ed economico in caso di modifica dei componenti", spiega Joachim Roess, Global Key Account Manager presso KUKA, responsabile del fornitore automobilistico. L'obiettivo era quello di rendere estremamente affidabili i collaudi a fine linea del prodotto. Data la loro rilevanza per la sicurezza di guida, i supercomputer sono soggetti a normative particolarmente severe in merito alla certificazione per la "Advanced Autonomous Driving Technology". Eventuali microdifetti non rilevati nei supercomputer potrebbero provocare guasti al sistema avanzato di assistenza alla guida (ADAS). Questi microdifetti possono essere eliminati grazie a un assemblaggio di alta precisione e completamente automatizzato sotto protezione ESD+ e a collaudi come gli affidabili test EOL.

La perfezione millimetrica del KR AGILUS nel flusso di lavoro Chaku-Chaku.

I robot nel flusso chaku-chaku

Gli impianti simili spesso utilizzano linee con nastri trasportatori, ma questo implica che le aziende produttrici restano limitate a determinate dimensioni. "Se il prodotto cambia oppure cambia anche solo parzialmente la procedura del collaudo a fine linea, potrebbero volerci delle modifiche di progettazione complesse in presenza di impianti concepiti rigidamente", spiega Joachim Roess. Schnaithmann e KUKA hanno quindi proposto una soluzione con diversi robot indipendenti che lavorano secondo il principio chaku-chaku.

Applicando il principio chaku-chaku, il robot posiziona il pezzo da lavorare direttamente nella stazione a fianco e da lì, dopo la lavorazione, il robot lo trasporta alla stazione successiva, senza l'uso di mezzi di trasporto aggiuntivi come i classici nastri trasportatori. I robot spostano quindi i pezzi direttamente da una stazione all'altra e li lavorano lì. Da un lato, ciò richiede un minor numero di periferiche e, dall'altro, offre maggiori opzioni di adattamenti futuri dell'impianto, in quanto i robot possono essere semplicemente spostati in un'altra posizione e riprogrammati.

Un team ben coordinato: I KR AGILUS lavorano fianco a fianco senza toccarsi.

Tuttavia, il principio Chaku-Chaku richiede che i robot comunichino in modo intelligente tra loro e che sblocchino a vicenda i rispettivi spazi di lavoro. La classica applicazione di movimentazione Chaku-Chaku consente ai robot, che sono posizionati liberamente nella sala su rack e basi, di eseguire le loro fasi di lavoro in una sequenza esattamente predefinita.

I robot KUKA, che operano liberamente secondo il principio Chaku-Chaku, non hanno bisogno di colleghi umani.

Simulazione e prove EOL complete per la massima precisione

La simulazione del processo produttivo prima della messa in funzione dell'impianto eseguita con il software KUKA.Sim ha permesso di identificare il flusso di lavoro produttivo ottimale. Questo processo produttivo, perfetto ed efficiente, fa riferimento da un lato al tempo di ciclo e dall'altro all'impiego ideale dei robot. In tal modo, oltre alla riduzione al minimo dei componenti hardware e al conseguente risparmio di spazio, si ottiene la massima capacità di adattamento alle mutevoli esigenze dei componenti.

Risparmio di spazio e automazione: Ogni fase di lavoro segue una sequenza ben definita.

In questo modo, l'impianto può essere convertito rapidamente e facilmente agli adattamenti richiesti. Grazie a test approfonditi all'interno del sistema di prova, in particolare attraverso l'EOL, Schnaithmann, KUKA e il fornitore automotive raggiungono insieme l'obiettivo di utilizzare nei supercomputer solo elementi di altissima qualità.

Movimentazione compatta con il KR AGILUS, il KR C5 micro e la programmazione intelligente

Il team Schnaithmann ha deciso di puntare su sette robot KR AGILUS, che lavorano insieme in un sistema completamente automatizzato senza l'ausilio di personale umano. Cinque robot caricano e scaricano i buffer di stoccaggio con i componenti, due eseguono il collaudo a fine linea con l'aiuto di un sistema di visione. Il KR AGILUS convince per il suo design snello, la versatilità applicativa e la precisione, oltre che per il grado di protezione IP67 e la classe di camera bianca ISO 4.

Tutti i robot KR AGILUS sono certificati e conformi allo standard ESD+, così soddisfano gli elevati requisiti dell'industria automobilistica.

Il robot a sei assi è ottimo anche per il flusso chaku-chaku perché può essere combinato al piccolo controllore, particolarmente compatto ed efficiente energeticamente, KR C5 micro. Convince in qualsiasi posizione di montaggio: in questo caso è stato montato sul telaio di rialzo del robot. Qui non serve un armadio di comando aggiuntivo con un cablaggio rigido e inflessibile. Il design compatto del KR AGILUS, in combinazione con uno dei controllori robotici più compatti del mercato, è esattamente ciò che il fornitore automotive stava cercando: massima flessibilità nei componenti grazie all'espansione e all'adattamento rapido ed economico dell'impianto.

Sfide superate con vernici speciali e il KUKA System Software (KSS)

"I robot KUKA sono certificati ESD di serie in base agli standard più recenti", spiega Joachim Roess, "ma quando si tratta di guida autonoma, i requisiti sono più elevati rispetto al settore dell'elettronica in generale, persino rispetto alla produzione di semiconduttori". Questo perché anche una piccola quantità di carica elettrica può causare microfratture che non possono essere rilevate dall'ispezione finale dell'unità di controllo, ma che comportano una riduzione della durata del componente. Per evitare che ciò accada, il fornitore automotive ha richiesto una verniciatura speciale che contiene particelle metalliche dissipative, non solo per il robot, ma anche per il piede e la base.

Richiesto - consegnato: Tutti i KR AGILUS dell'impianto soddisfano ora lo standard ESD+. Uno standard del genere difficilmente può essere raggiunto nella produzione con dipendenti umani: i capelli e gli indumenti tendono a caricarsi elettrostaticamente, quindi è necessario un abbigliamento da lavoro speciale per tutti coloro che entrano in contatto con le parti elettroniche sensibili. L'uso dei robot, inoltre, contrasta la generale carenza di manodopera qualificata. Questo perché non c'è quasi mai personale disponibile per compiti monotoni, ripetitivi e impegnativi.

Il flusso di lavoro chaku-chaku perfetto

Un'altra sfida è stata quella di programmare i robot in modo che i rispettivi spazi di lavoro fossero perfettamente coordinati tra loro. I sette KR AGILUS devono occupare il minor spazio possibile nella sala, ma i bracci e le pinze non devono entrare in collisione. "Tali spazi di componenti possono essere implementati come standard nel nostro sistema operativo KSS", afferma Roess, "in modo che il controllore principale possa sempre determinare quando uno spazio viene liberato per il robot A e quando per il robot B, per evitare in modo affidabile una collisione tra i robot".

Le soluzioni di automazione come queste sono facilmente scalabili. Vengono utilizzate nella produzione di HPC per autovetture elettriche innovative.

Anche pratico: se un impianto viene ampliato aggiungendo altri robot, questi possono essere riconfigurati rapidamente e completare i lavori insieme agli altri KR AGILUS. L'ampliamento per includere macchine o altri componenti è comunque agevole da realizzare.

Conclusioni e prospettive: una soluzione promettente per il futuro

Preferiamo lavorare con KUKA perché la sua capacità di consegna è stata buona anche in tempi difficili.

Chris Klöpfer, Direttore Tecnico Commerciale SL presso Schnaithmann

Il progetto attuale lo ha dimostrato ancora una volta. Anche il cliente, il fornitore internazionale per l'automotive, è estremamente soddisfatto di aver trovato in KUKA un produttore di robot con capacità ESD nel settore dell'elettronica. Joachim Roess rivela che l'impianto, in funzione da pochi mesi, deve ancora essere ampliato. "È già in programma una seconda stazione di collaudo, che può essere implementata in modo rapido e semplice, poiché questo tipo di soluzione è facilmente scalabile", afferma Roess. Gli esperti prevedono che la domanda di supercomputer per le auto elettriche innovative continuerà ad aumentare: le soluzioni di automazione come queste aiutano a soddisfare l'elevata domanda e a produrre in modo economico.

Nel frattempo, il fornitore automotive sta lavorando insieme a KUKA e agli integratori d'impianto su ulteriori soluzioni innovative per la mobilità di domani. Ad esempio, un progetto di ricerca ha dimostrato che il robot mobile KMR iiwa è adatto a supportare l'assemblaggio ad alta velocità di circuiti stampati. Come parte del processo di assemblaggio, garantisce che i componenti sensibili siano posizionati in modo affidabile, rapido e preciso nelle posizioni previste sul circuito stampato. Un ulteriore passo in avanti del fornitore internazionale automotive per rendere la sua produzione e quindi la mobilità di domani ancora più efficiente e innovativa.